题目：硅基集成光子器件的非线性及光频梳研究

由于其具有实现大规模光电集成的可能，硅基光子器件已成为目前国际集成光子技术的重要研究热点，并具有突出的实际应用价值。在传统的光波导等线性光学作用之外，由于硅基光子器件所具有的很强的光场限制能力，其非线性光学效应得到了国内外研究人员越来越多的关注。

片上微环谐振腔等硅基微腔器件中，由于可以形成很高的光场功率密度，能够产生非常显著的光学非线性效应。该类器件中以自发四波混频效应为基础的光学非线性过程为实现宽带光频梳等重要应用提供了新的途径。但目前的硅基微腔光频梳产生研究中尚面临着泵浦功率要求高、泵浦条件要求苛刻、生成的光梳特性难以控制等难点，在一定程度上制约了相关技术的进一步发展和应用。

为了进一步解决上述研究中的主要难点，本论文以氮化硅微环器件的非线性光学特性的实验研究为主要内容，面向集成器件光频梳产生这一应用，开展了器件测试、理论分析与实验验证工作，通过对器件结构、光梳生成过程和泵浦方法的研究，研究了以下的硅基微环光频梳产生技术：

1、在原有的可调谐波长激光泵浦方案基础上，提出引入有源的光纤反馈环路，形成了基于梳齿反馈的光频梳产生方案。通过有选择性地反馈泵浦光之外的微环谐振波长，为光频梳的产生提供低功耗、灵活的控制维度。通过实验证明了该方案能够降低光频梳启动阈值、调控梳齿间距、提高光频梳对泵浦条件的容忍度，降低了光频梳产生和维持的难度。

2、通过研究和实现具有饱和吸收体（S.A.）环形镜的光纤环形腔激光，实现单频可调谐的光纤激光输出，并成功应用于激励微环光频梳产生。进而根据S.A环形镜的反馈滤波特性，将S.A环形镜引入到反馈环路中，改变了反馈环路的模式特性，通过影响II类光频梳中的不同路径频梳分量的产生过程，改变了反馈后II类光频梳的相干性。

3、模式耦合效应产生的色散跳变对正常色散微环光频梳的产生过程具有重要的影响。本文不仅对这一效应进行了实验验证，并基于这一原理，开展了基于模式耦合效应的新型光频梳器件的设计分析，提出了采用梯度温控的单模双微环光梳产生结构。新结构能通过可移动的模式交叉点产生的模式耦合，为梳齿间距可控的光频梳产生提供了可能的途径。

在上述已开展的研究工作以外，硅基微腔的非线性过程还有很多重要的科学问题与应用有待进一步研究。随着对其机理认识的深入，在可以预见的未来，硅基微纳光子器件的非线性光学效应将对光通信、光互连、光传感等众多领域产生更加广泛的影响。